JP7215965B2 - 姿勢推定装置、姿勢推定方法、および姿勢推定プログラム - Google Patents
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Description
(1):この発明の一態様に係る姿勢推定装置は、人、動物、または関節の可動域が制限されたロボットである推定対象の複数の箇所に取り付けられ、角速度および加速度を検出する複数のセンサから、角速度および加速度の情報を取得する取得部と、前記取得部により取得された情報を、センサ座標系から基準座標系の情報に変換する変換部と、前記変換された前記角速度を積分することで、前記推定対象において前記センサが取り付けられた参照部位の向きを前記推定対象の姿勢の一部として算出する積分部と、前記推定対象に含まれる基準部位を通る代表平面を想定し、前記代表平面の法線と、前記積分部により算出される前記参照部位の向きとが直交する方向に近づくように、前記参照部位の前記変換された角速度を補正する補正部と、を備える姿勢推定装置である。
図1は、実施形態の姿勢推定装置100の構成図である。姿勢推定装置100は、例えば、取得部110と、変換部120と、積分部130と、補正部140と、記憶部150とを備える。姿勢推定装置100の構成要素(記憶部150を除く)は、例えば、CPU(Central Processing Unit)等のプロセッサがプログラムを実行することにより実現される。また、これらのうち一部または全部は、LSI(Large Scale Integration)やASIC(Application Specific Integrated Circuit)、FPGA(Field-Programmable Gate Array)等のハードウェアによって実現されてもよいし、ソフトウェアとハードウェアの協働によって実現されてもよい。
補正部140は、例えば、図4に示すように参照部位の方向ベクトルviと法線nとの内積が0である場合に、参照部位の向きが正中矢状面の法線nに対して直交する向きから乖離していないホームポジションの姿勢であると判定する。補正部140は、図5に示すように方向ベクトルviと法線nとの内積が0より大きい場合に、参照部位の向きが正中矢状面の法線nに対して直交する向きから乖離していると判定する。ホームポジションとは、推定対象TGTにIMUセンサJSを取り付けた後のキャリブレーション処理の結果として取得された、推定対象TGTの基本的な体勢(但し、代表平面に対する相対的なもの)のことであり、例えば、静止直立状態である。従って、キャリブレーション処理とは、推定対象TGTに所定の動作(キャリブレーション動作)を行わせた結果得られたIMUセンサJSの計測結果に基づいて、ホームポジションの定義を行う処理のことである。
以下、姿勢の推定時の具体的な演算例について、図示した数式に沿って説明する。
Ss(h)=〔0 ax ay az〕…(9)
以下、推定姿勢に対する全身補正量(特にヨー方向の補正量)を導出する方法について説明する。図7は、全身補正量計算部144の構成の一例を示す図である。全身補正量計算部144は、例えば、ヨー方向誤差項計算部146aと、重力誤差項計算部146bと、目的関数計算部146cと、ヤコビアン計算部146dと、勾配計算部146eと、補正量計算部146fとを備える。
以下、全身補正量の導出例について説明する。
図9~12は、全身補正量計算部144の演算処理の流れを模式的に示す図である。図9は、全身補正量計算部144の全体を模式的に示す図であり、図10~図12は全身補正量計算部144の処理の流れを段階的に説明するための図である。
図13は、姿勢推定装置100を用いたモーションキャプチャ処理の流れの一例を示すフローチャートである。
Claims (5)
- 人、動物、または関節の可動域が制限されたロボットである推定対象の複数の箇所に取り付けられ、角速度および加速度を検出する複数のセンサから、角速度および加速度の情報を取得する取得部と、
前記取得部により取得された情報を、センサ座標系から基準座標系の情報に変換する変換部と、
前記変換された前記角速度を積分することで、前記推定対象において前記センサが取り付けられた参照部位の向きを前記推定対象の姿勢の一部として算出する積分部と、
前記推定対象に含まれる基準部位を通る代表平面を想定し、前記代表平面の法線と、前記積分部により算出される前記参照部位の向きとが直交する方向に近づくように、前記参照部位の前記変換された角速度を補正する補正部と、を備え、
前記積分部および前記補正部の処理は、処理サイクルごとに繰り返し実行され、
前記補正部は、前回処理サイクルにおいて前記積分部により算出された前記参照部位の向きが前記代表平面の法線に対して直交する向きから乖離することが継続する乖離時間に応じて、前記参照部位の前記変換された角速度を補正する度合いを大きくする、
姿勢推定装置。 - 前記補正部は、前記代表平面の法線と、前記積分部により算出される前記参照部位の向きとの内積を小さくするように、前記参照部位の前記変換された角速度を補正する、
請求項1記載の姿勢推定装置。 - 前記補正部は、更に、前記積分部により算出された前記参照部位の向きから導出される前記参照部位ごとの想定重力加速度方向と、前記取得部により取得された加速度の情報に基づいて認識される前記参照部位ごとの計測重力加速度方向との乖離が小さくなるように、前記参照部位の前記変換された角速度を補正する、
請求項1又は2に記載の姿勢推定装置。 - コンピュータが、
人、動物、または関節の可動域が制限されたロボットである推定対象の複数の箇所に取り付けられ、角速度および加速度を検出する複数のセンサから、角速度および加速度の情報を取得し、
取得された情報を、センサ座標系から基準座標系の情報に変換し、
変換された前記角速度を積分することで、前記推定対象において前記センサが取り付けられた参照部位の向きを前記推定対象の姿勢の一部として算出し、
前記推定対象に含まれる基準部位を通る代表平面を想定し、前記代表平面の法線と、算出された前記参照部位の向きとが直交する方向に近づくように、前記参照部位の前記変換された角速度を補正し、
前記積分および前記補正の処理は、処理サイクルごとに繰り返し実行され、
前記補正は、前回処理サイクルにおいて前記積分により算出された前記参照部位の向きが前記代表平面の法線に対して直交する向きから乖離することが継続する乖離時間に応じて、前記参照部位の前記変換された角速度を補正する度合いを大きくする、
姿勢推定方法。 - コンピュータに、
人、動物、または関節の可動域が制限されたロボットである推定対象の複数の箇所に取り付けられ、角速度および加速度を検出する複数のセンサから、角速度および加速度の情報を取得させ、
取得された情報を、センサ座標系から基準座標系の情報に変換させ、
変換された前記角速度を積分することで、前記推定対象において前記センサが取り付けられた参照部位の向きを前記推定対象の姿勢の一部として算出させ、
前記推定対象に含まれる基準部位を通る代表平面を想定させ、前記代表平面の法線と、
算出された前記参照部位の向きとが直交する方向に近づくように、前記参照部位の前記変換された角速度を補正させ、
前記積分および前記補正の処理は、処理サイクルごとに繰り返し実行され、
前記補正は、前回処理サイクルにおいて前記積分により算出された前記参照部位の向きが前記代表平面の法線に対して直交する向きから乖離することが継続する乖離時間に応じて、前記参照部位の前記変換された角速度を補正する度合いを大きくさせる、
姿勢推定プログラム。
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